Способ оптической передачи данных с низкой околоземной орбиты на землю и соответствующая система связи



Способ оптической передачи данных с низкой околоземной орбиты на землю и соответствующая система связи
Способ оптической передачи данных с низкой околоземной орбиты на землю и соответствующая система связи
Способ оптической передачи данных с низкой околоземной орбиты на землю и соответствующая система связи
Способ оптической передачи данных с низкой околоземной орбиты на землю и соответствующая система связи
Способ оптической передачи данных с низкой околоземной орбиты на землю и соответствующая система связи

 

H04B10/00 - Передающие системы, использующие потоки корпускулярного излучения или электромагнитные волны, кроме радиоволн, например световые, инфракрасные (оптические соединения, смешивание или разделение световых сигналов G02B; световоды G02B 6/00; коммутация, модуляция и демодуляция светового излучения G02B,G02F; приборы или устройства для управления световым излучением, например для модуляции, G02F 1/00; приборы или устройства для демодуляции, переноса модуляции или изменения частоты светового излучения G02F 2/00; оптические мультиплексные системы H04J 14/00)

Владельцы патента RU 2608757:

ОЕИ ОПТО АГ (CH)

Изобретение относится к технике связи и может использоваться в оптических системах связи. Технический результат состоит в повышении пропускной способности каналов связи. Для этого система передачи данных (PD) включает полезную нагрузку, спутник (20) на низкой околоземной орбите, оптический земной терминал (30), причем спутник (20) на низкой околоземной орбите связан с оптическим земным терминалом (30) через оптический канал (DL) связи ЛА - Земля, а оптический земной терминал (30) связан со спутником (20) на низкой околоземной орбите через канал (UC) связи Земля - ЛА; причем указанный канал (UC) связи Земля - ЛА представляет собой канал обнаружения и сопровождения при помощи наземного радиомаяка (GB), управляемого при помощи подсистемы (PAT) наведения, обнаружения и сопровождения, при этом наземный радиомаяк (GB) содержит широкоугольный луч (W) для обнаружения и луч (G) наведения для сопровождения; причем наземный радиомаяк (GB) для канала (UC) связи Земля - ЛА представляет собой канал фазоимпульсной модуляции (ФИМ). 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 6 ил.

 

Область техники

Настоящее изобретение имеет отношение к созданию оптической системы связи для передачи данных полезной нагрузки с низкой околоземной орбиты на Землю. Кроме того, настоящее изобретение имеет отношение к созданию способа оптической передачи данных с низкой околоземной орбиты на Землю.

Предпосылки к созданию изобретения

Уже известны и используются различные системы для оптической передачи данных от орбитальной станции (спутника), летящей на низкой околоземной орбите, на оптические земные терминалы. Первичной функцией этих систем является надежная передача данных от источника данных на оптический земной терминал.

Негеостационарные спутники на низкой околоземной орбите имеют контакт связи в пределах прямой видимости с оптическим земным терминалом в течение ограниченного промежутка времени при каждом пролете спутника. Поэтому важное значение имеет достигнутая скорость в канале связи летательный аппарат - Земля (далее нисходящий канал), так как большое количество данных необходимо передать на оптический земной терминал в течение короткого промежутка времени при пролете спутника.

Более того, так как контакт связи в пределах прямой видимости прерывается после короткого промежутка времени пролета спутника и может быть восстановлен только при следующем пролете спутника после дополнительного витка (или вообще не восстановлен), то надежность передачи имеет первостепенное значение.

Другим аспектом, который также необходимо учитывать при разработке системы связи спутника на низкой околоземной орбите с Землей, является потребляемая мощность. Таким образом, чем меньше энергии требуется для достижения той же самой скорости передачи данных, тем лучше характеристики системы.

Раскрытие изобретения

В связи с изложенным, задачей настоящего изобретения является создание способа оптической передачи данных с низкой околоземной орбиты на Землю и создание соответствующей системы связи, которая обеспечивает высокую скорость передачи данных при надежной связи ЛА - Земля, при минимальной сложности и пониженном энергопотреблении терминалов, в особенности космического терминала.

Указанные выше задачи решены при помощи оптической связи системы для передачи данных полезной нагрузки с низкой околоземной орбиты на Землю, причем указанная оптическая система связи содержит спутник на низкой околоземной орбите и оптический земной терминал. Спутник на низкой околоземной орбите содержит подсистему связи со спутниковым приемопередатчиком и источник данных полезной нагрузки, поставляющий данные полезной нагрузки в подсистему связи. Оптический земной терминал содержит наземный приемопередатчик и подсистему наведения, обнаружения и сопровождения. Спутник на низкой околоземной орбите связан с оптическим земным терминалом через оптический нисходящий канал связи, в то время как оптический земной терминал связан со спутником на низкой околоземной орбите через восходящий канал связи.

Указанный восходящий канал связи представляет собой канал радиомаяка обнаружения и сопровождения, управляемый при помощи указанной подсистемы наведения, обнаружения и сопровождения, причем восходящий канал связи содержит широкоугольный луч для обнаружения и луч наведения для сопровождения. Спутниковый приемопередатчик выполнен с возможностью настройки на пространственное направление восходящего канала связи. Восходящий канал оптической системы связи в соответствии с настоящим изобретением представляет собой канал фазоимпульсной модуляции (ФИМ).

Задачи настоящего изобретения также решены при помощи способа оптической передачи данных полезной нагрузки от спутника на низкой околоземной орбите на оптический земной терминал, причем указанный способ включает в себя следующие операции:

- буферирование, выборка и группирование указанных данных полезной нагрузки в кадры при помощи подсистемы связи спутника на низкой околоземной орбите;

- активирование на оптическом земном терминале восходящего канала связи, связывающего оптический земной терминал со спутником на низкой околоземной орбите, причем восходящий канал связи представляет собой канал радиомаяка обнаружения и сопровождения, содержащий широкоугольный луч для обнаружения и луч наведения для сопровождения;

- захват при помощи указанной подсистемы (CS) связи указанного широкоугольного луча (W), отслеживаемого за счет непрерывного сопровождения лучом (G) наведения восходящего канала (UC) связи;

- передача указанных кадров данных (PD) полезной нагрузки при помощи подсистемы (CS) связи, когда доступен нисходящий канал (DL) связи, связывающий спутник (20) на низкой околоземной орбите с указанным оптическим земным терминалом (30);

- запрос на оптическом земном терминале (30) повторной передачи через восходящий канал (UC) связи потерянных/ошибочно принятых кадров данных;

- повторная передача при помощи указанной подсистемы (CS) связи каждого кадра, для которого был получен запрос повторной передачи;

причем восходящий канал (UC) связи представляет собой канал фазоимпульсной модуляции (ФИМ).

Принимая во внимание указанную здесь выше задачу и ее решение в соответствии с настоящим изобретением, можно сказать, что наиболее важным преимуществом настоящего изобретения является создание системы и способа, обеспечивающих надежную передачу данных с высокой скоростью, при высоком кпд системы. Использование восходящего канала связи с фазоимпульсной модуляцией (ФИМ) обеспечивает высокий кпд по энергии. Более того, так как отсутствует межсимвольная интерференция, то демодуляция сигналов ФИМ является эффективной и имеет пониженную сложность.

Указанные ранее и другие характеристики изобретения будут более ясны из последующего детального описания, приведенного со ссылкой на сопроводительные чертежи.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 схематично показана оптическая система связи в соответствии с настоящим изобретением.

На фиг. 2 показана структурная схема подсистемы связи оптического земного терминала.

На фиг. 3 показана структурная схема подсистемы связи и источника данных полезной нагрузки спутника на низкой околоземной орбите в соответствии с настоящим изобретением.

На фиг. 4 показана функциональная схема набора протоколов связи между спутниковым приемопередатчиком и наземным приемопередатчиком

На фиг. 5 упрощенно показана обобщенная концепция механизма избирательного повторения в виде ARQ с отрицательным квитированием NACK.

На фиг. 6 показан переходной поток кадров данных в соответствии с алгоритмом раздвижного окна.

Следует иметь в виду, что чертежи выполнены не в реальном масштабе, приведены только в качестве иллюстрации и служат только для лучшего понимания настоящего изобретения, однако не ограничивают объем патентных притязаний в отношении настоящего изобретения.

Подробное описание изобретения

Некоторые термины, которые использованы в описании настоящего изобретения, не следует интерпретировать как ограниченные специфическим выбранным термином, а скорее следует понимать как связанные с общей концепцией толкования специфического термина.

Как это схематично показано на фиг. 1, оптическая система 10 связи в соответствии с настоящим изобретением содержит два основных функциональных и конструктивных блока: спутник 20 на низкой околоземной орбите и оптический земной терминал 30, причем спутник 20 на низкой околоземной орбите связан с оптическим земным терминалом 30 через оптический нисходящий канал связи DL, а оптический земной терминал 30 связан со спутником 20 на низкой околоземной орбите через восходящий канал связи UC. Как это схематично показано на фиг. 1, восходящий канал связи UC представляет собой канал обнаружения и сопровождения при помощи наземного радиомаяка GB, содержащий широкоугольный луч W и луч G наведения.

Восходящий канал связи UC показан на фиг. 1 пунктирными линиями, в то время как нисходящий канал связи DL показан сплошной линией.

Оптические земные терминалы 30 преимущественно являются частью оптических наземных станций. Каждая оптическая наземная станция содержит:

- по меньшей мере один оптический земной терминал 30, который обеспечивает связь, а также наведение, обнаружение и сопровождение (PAT);

- различные устройства наземной станции: любые электронные устройства, которые необходимы для поддержания работы оптического земного терминала 30; и

- различное оборудование наземной станции: любые структурные компоненты, которые необходимы для поддержания работы оптического земного терминала 30.

Точная работа наземных станций может зависеть от специфической реализации и может изменяться в зависимости от вида использования. Однако основные операции функционирования всегда являются одинаковыми:

1. Наземная станция получает информацию о следующем "пролете" спутника 20 на низкой околоземной орбите при помощи специально предназначенного электрического интерфейса (например, при помощи ЛВС).

2. Оборудование наземной станции и устройства наземной станции "подготавливаются" к пролету спутника. Например, открывается купол, если погодный датчик подтверждает, что не идет дождь.

3. Оптический земной терминал 30 включается и координирует свою подсистему связи и подсистемы PAT наведения, обнаружения и сопровождения. Эти подсистемы работают в основном независимо друг от друга, при этом:

а) подсистема PAT наведения, обнаружения и сопровождения производит наведение на спутник и обнаружение и сопровождение спутника 20 на низкой околоземной орбите;

б) подсистема CS связи ожидает поступления сигнала и работает в течение всего пролета спутника 20 на низкой околоземной орбите.

4. После пролета спутника, полученные данные переносят в специализированную память и затем дополнительно продвигают (непосредственно или по запросу).

5. Оптический земной терминал 30, оборудование наземной станции и устройства наземной станции переходят назад в режим ожидания.

Оборудование наземной станции и устройства наземной станции не будут описаны здесь более подробно, так как они известны сами по себе и не являются предметом настоящего изобретения.

Указанную выше операцию 3 а), то есть наведение на спутник и обнаружение и сопровождения спутника 20 на низкой околоземной орбите при помощи подсистемы PAT наведения, обнаружения и сопровождения, проводят по схеме использования наземного радиомаяка GB для восходящего канала связи, причем наземный радиомаяк GB имеет широкоугольный луч W для обнаружения и луч G наведения для сопровождения спутника 20 на низкой околоземной орбите.

Использование широкоугольного луча для обнаружения совместно с более узким лучом наведения для сопровождения после обнаружения известно само по себе. Однако в известных линиях связи этого типа, радиомаяк после обнаружения выключают и используют луч отдельного связного лазера как луч наведения. В отличие от такого подхода в соответствии с настоящим изобретением наземный радиомаяк GB постоянно включен. Поэтому нет необходимости в использовании луча отдельного наземного связного лазера, так как наземный радиомаяк GB для восходящего канала связи UC имеет три функции, а именно:

1. Создает широкоугольный луч W для обнаружения.

2. Создает луч G наведения для сопровождения.

3. Служит передатчиком с низкой скоростью передачи данных для восходящего канала связи UC с использованием ФИМ модуляции.

Однако следует иметь в виду, что луч отдельного наземного связного лазера факультативно может быть использован в параллель в случае расширенной архитектуры терминала.

Спутник 20 на низкой околоземной орбите будет осуществлять поиск и захватывать широкоугольный луч W. После захвата наземного радиомаяка GB оптического земного терминала 30, спутник 20 на низкой околоземной орбите будет постоянно отслеживать луч G наведения наземного радиомаяка GB. Во время фазы связи, спутник 20 на низкой околоземной орбите направляет свой спутниковый приемопередатчик STR в направлении оптического земного терминала (с коррекцией в точке впереди угла).

Таким образом, широкоугольный луч W служит для первого достаточно неточного обнаружения ориентировочного направления оптического земного терминала 30, а луч G наведения используют для точного сопровождения в точном направлении.

Структурная схема наземной подсистемы GCS связи оптического наземного приемопередатчика 30 показана на фиг. 2. Следует иметь в виду, что на фиг. 2 показаны только структурные блоки, имеющие отношение к объему патентных притязаний настоящего изобретения. Полная наземная подсистема GCS связи может содержать и другие компоненты известных типов. Восходящий канал связи UC показан штриховой линией, в то время как нисходящий канал связи DL показан непрерывной линией, а управляющие сигналы показаны пунктирной линией.

Таким образом, двумя основными компонентами оптического земного терминала 30 являются наземный приемопередатчик GTR и подсистема PAT наведения, обнаружения и сопровождения. Наземный приемопередатчик GTR является устройством известного типа и содержит оптический передатчик Тх и оптический приемник Rx.

На фиг. 3 показана структурная схема подсистемы CS связи, а также источника PDS данных полезной нагрузки и спутникового приемопередатчика STR спутника 20 на низкой околоземной орбите в соответствии с настоящим изобретением.

Спутниковый приемопередатчик STR является устройством известного типа и содержит оптический передатчик Тх и оптический приемник Rx. Спутниковый приемопередатчик STR выполнен с возможностью настройки на пространственное направление наземного радиомаяка GB.

Подсистема CS связи имеет такие функциональные свойства на стороне цифровой обработки, которые позволяют надежно передавать данные PD полезной нагрузки от источника PDS данных полезной нагрузки на оптический земной терминал 30.

Подсистема CS связи содержит два основных функциональных блока:

- Адаптер UDIA интерфейса данных пользователя.

- Связной контроллер СОМСО.

Подсистема CS связи позволяет производить:

выборку данных PD полезной нагрузки;

буферирование данных полезной нагрузки, до передачи в буфер В для временного хранения указанных данных PD полезной нагрузки, до того, как станет доступной линия прямой видимости между спутником 20 на низкой околоземной орбите и оптическим земным терминалом 30, что делает данные PD полезной нагрузки доступными для быстрой передачи ЛА - Земля через нисходящий оптический канал Связи DL;

группирование данных PD полезной нагрузки в кадры;

обнаружение восходящего сигнала канала связи UC;

проверку получения всех кадров на оптическом земном терминале 30 при помощи протокола автоматического запроса на повторение ARQ (как это описано далее более подробно) при помощи блока СС управления связью.

обеспечение контроля и управления (С&С) через интерфейс общего назначения;

передачу модулированных и кодированных данных (через кодер ENC) электрически на лазер спутникового приемопередатчика STR (с использованием усилителя ВЧ);

получение модулированных данных через демодулятор DET.

Обзор функциональных возможностей

На фиг. 3 также показаны основные функциональные возможности подсистемы CS связи, причем управляющие сигналы показаны пунктирными линиями. Задачей является надежная передача данных. Система должна справляться с затуханием сигнала, с эффектами атмосферного мерцания, а также с фоновым шумом.

Источник PDS данных полезной нагрузки подключен к подсистеме CS связи. Он снабжает подсистему CS связи данными PD полезной нагрузки, которые необходимо передать по нисходящему оптическому каналу Связи DL на оптический земной терминал 30. Источником PDS данных полезной нагрузки может быть внешняя память большого объем или любой другой источник данных, который может быть сопряжен с этой подсистемой. Данные PD полезной нагрузки преимущественно буферируют в CS до осуществления передачи. Когда доступен нисходящий канал DL, данные PD полезной нагрузки поступают в набор протоколов. Здесь данные PD полезной нагрузки группируют в кадры, чтобы можно было синхронизировать и идентифицировать данные и проверять достоверность данных в приемнике, то есть в оптическом земном терминале 30. Заголовок кадра содержит такую информацию, как номер кадра, порт или пункт назначения и контрольная сумма. Имеющий относительно низкую скорость восходящий канал UC необходим для запроса повторной передачи потерянных/ ошибочно принятых кадров данных.

Подсистема CS связи дополнительно преобразует данные кадра в модулированный электрический сигнал. Для того чтобы максимально повысить скорость передачи данных, в предпочтительном варианте используют формат амплитудной манипуляции для нисходящего канала DL. Идущие по разным путям сигналы позднее усиливают в ВЧ усилителе, который модулирует лазер в оптической подсистеме.

Поток данных → Количественный пример

Поток данных PD полезной нагрузки показан на фиг. 3. В соответствии с особенно предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения, были реализованы два нисходящих канала DL и DL2 со скоростью передачи информации 1 гигабод каждый, для комбинированной линии связи ЛА - Земля с пропускной способностью 2 гигабод, и один восходящий канал (причем это техническое решение может быть масштабировано и на большее число нисходящих каналов связи), при этом каналы связи имеют следующие скорости передачи данных:

- Скорость передачи данных восходящего канала UC: Восходящий канал связи, в котором использована медленная фазоимпульсная модуляция ФИМ, имеет скорость передачи данных пользователя около 100 килобайт в секунду.

- Скорость передачи данных нисходящего канала DL: Нисходящий канал связи, в котором использована быстрая амплитудная манипуляция АМн, имеет скорость передачи исходных данных 2.5 гигабайта в секунду и скорость передачи данных пользователя 2 гигабайта в секунду. Типично данные передают в группах. Термин "группы данных" следует понимать в соответствии с приведенным здесь определением.

- Пакет данных полезной нагрузки: Пакет данных полезной нагрузки представляет собой количество данных в источнике PDS данных полезной нагрузки, которое передают на оптический земной терминал 30 в течение временного интервала пролета спутника 20. Размер одного пакета данных полезной нагрузки типично составляет около 100 гигабайт. Промежуток времени, который имеется для передачи данных, типично составляет ориентировочно несколько минут.

- Блок данных полезной нагрузки: Данные PD полезной нагрузки выбирают группами, которые называют блоками данных полезной нагрузки. Размер блока данных полезной нагрузки может быть ограничен или полностью задан при помощи самого интерфейса PI полезной нагрузки.

Организация

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения, подсистема CS связи подразделена на два физически отдельных объекта, как это показано на фиг. 3, по соображениям повышения гибкости и легкости развития.

Набор протоколов связи

Как это схематично показано на фиг. 4, набор протоколов связи между спутниковым приемопередатчиком STR и наземным приемопередатчиком GTR подразделен на два уровня. Уровни LINK и PHY для Comms имеют следующие различия:

Уровень PHY (физический уровень) осуществляет функции связи более низкого уровня, такие как генерация сигнала (последовательного сигнала высокой скорости), обнаружение сигнала (интерфейс ADC), модуляция/демодуляция, кодирование/декодирование, синхронизация и т.п. Эти функции могут быть названы функциями PHY. Функции PHY типично не требуют использования программного обеспечения, а требуют использования только аппаратной логики.

Уровень LINK осуществляет функции связи более высокого уровня, такие как генерация кадра и автоматический запрос на повторение (ARQ). Эти функции могут быть названы функциями LINK. Функции LINK типично требуют использования программного обеспечения.

Факультативно, в соответствии с другими вариантами осуществления настоящего изобретения могут быть использованы дополнительные уровни (например, транспортный уровень), если требуются дополнительные функциональные возможности, например, мультиплексирование.

Уровень LINK

Уровень LINK имеет следующие функциональные возможности:

Подразделение данных на кадры (например, с размеров около 1 мегабита или меньше, в зависимости от характеристик использованной системы).

Кадры имеют уникальный идентификатор.

Так как канал связи является потенциально ненадежным, внедрение протокола автоматического запроса на повторение (ARQ).

В качестве механизма управление потоком внедрен алгоритм "раздвижного окна".

Механизм избирательного повторения

В соответствии с наиболее предпочтительным вариантом осуществления передачи, реализован запрос повторной передачи и повторная передача кадров при помощи механизма избирательного повторения, а преимущественно при помощи механизма автоматического запроса на повторение ARQ. За счет использования механизма избирательного повторения может быть осуществлена повторная передача специфических кадров.

В этой схеме реализованы следующие функциональные возможности:

Реализован алгоритм 'раздвижного окна'.

Раздвижное окно содержит следующую информацию:

- Границы текущего окна;

- Список принятых кадров, которые были квитированы;

- Список принятых кадров, которые не были квитированы;

- Список кадров, которые еще не были проняты.

Вся информация относительно раздвижного окна должна храниться на оптическом земном терминале 30, в то время как на спутнике 20 на низкой околоземной орбите хранятся только границы текущего окна. Это позволяет резко уменьшить сложность спутника 20 на низкой околоземной орбите, в том, что касается требований к памяти и к обработке информации.

Старые кадры передают повторно, когда не был получен символ подтверждения приема АСК.

Для того чтобы повысить характеристики за счет эффективного стимулирования повторной передачи пакета, сообщения отрицательного квитирования NACK используют для запроса повторной передачи потерянных/ошибочно принятых кадров данных, преимущественно за счет передачи сигналов отрицательного квитирования NACK, идентифицирующих границы диапазона потерянных/ошибочно принятых кадров, так что запрос повторной передачи всего диапазона кадров ограничен указанными границами. Эта реализация позволяет производить запрос (NACK) диапазона кадров (то есть 1000-1200 кадров) для повторной передачи. Таким образом, больше нет необходимости производить индивидуально запрос каждого из потерянных кадров. За счет природы нисходящего канала связи DL, ошибки передачи обычно происходят в пакетах ошибок. Таким образом, возможность посылки сигналов отрицательного квитирования NACK, идентифицирующих границы диапазона потерянных/ошибочно принятых кадров данных, значительно повышает эффективность и обеспечивает лучшее использование ограниченной пропускной способности восходящего канала связи UC.

Общая концепция механизма избирательного повторения а именно, ARQ с отрицательным квитированием NACK, показана в очень упрощенном виде на фиг. 5, где передают потерянный/ошибочно принятый кадр Р2. Оптический земной терминал 30 после получения кадра Р3 обнаруживает, что его порядковый номер является неправильным и посылает сигнал NACK Р2 отрицательного квитирования для запроса повторной передачи кадра Р2. Спутник 20 на низкой околоземной орбите, после получения сигнала NACK Р2, повторно передает кадр Р2.

Отрицательное квитирование NACK с "раздвижным окном"

Алгоритм избирательного повторения отрицательного квитирования NACK с "раздвижным окном" работает с использованием протокола избирательного повторения. На обеих сторонах, на оптическом земном терминале 30 и на спутнике 20 на низкой околоземной орбите, имеются два указателя, а именно, головной указатель и хвостовой указатель.

На оптическом земном терминале 30, хвостовой указатель представляет собой указатель самого старого кадра, который еще не был принят. Хвостовой указатель посылают на спутник 20 на низкой околоземной орбите, куда он поступает с некоторой временной задержкой. Хвостовой указатель на спутнике 20 на низкой околоземной орбите 20 указывает самый старый кадр, который еще не был подтвержден оптическим земным терминалом 30 как правильно принятый.

Головной указатель на оптическом земном терминале 30 указывает следующий кадр нормальной последовательности, который должен быть принят. Если принятый кадр имеет другой индекс, то это означает, что некоторые кадры были потеряны или что уже был послан кадр повторной передачи. Головной указатель на спутнике 20 на низкой околоземной орбите указывает следующий кадр, который должен быть послан. Всякий раз, когда спутник 20 на низкой околоземной орбите посылает такой кадр, головной указатель увеличивается на единицу. Однако головной указатель не увеличивается в случае повторной передачи кадра. Если расстояние между головным и хвостовым указателями на спутнике 20 на низкой околоземной орбите больше чем размер данного окна, то спутник 20 на низкой околоземной орбите больше не может увеличить головной указатель и должен ожидать, пока оптический земной терминал 30 не пришлет новый хвостовой указатель.

Требования к памяти для "раздвижного окна":

- Так как спутник 20 на низкой околоземной орбите хранит только границы текущего окна, то требования к памяти ограничены только хранением головы и хвоста раздвижного окна.

- Полная информация относительно раздвижного окна должна храниться на оптическом земном терминале 30. Требующаяся память для хранения состояния раздвижного окна в большой степени зависит от производительности, длины пакета и времени полного обхода. Число хранящихся порядковых номеров является кратным (например, 10х) [времени полного обхода]/[время 1 кадра]. Преимущественно размер кадра выбирают так, чтобы наземная подсистема GCS связи оптического земного терминала 30 могла справляться с этой нагрузкой обработки.

В том случае, когда спутник 20 на низкой околоземной орбите больше не может повысить свой головной указатель, тогда спутник 20 на низкой околоземной орбите начинает повторно передавать кадры, начиная от хвостового указателя. Он возвращается к нормальной передаче сразу после получения кадра с новым хвостовым указателем от оптического земного терминала 30.

Переходный поток кадров данных в соответствии с алгоритмом раздвижного окна показан на фиг. 6 в пяти различных моментах времени от Т0 до Т4. На фиг. 6, кадры, которые еще не были приняты, показаны заполненными штрихами; кадры, которые были успешно приняты, показаны заполненными волнами; а кадры, которые были потеряны во время передачи, показаны заполненными сеткой.

Для внедрения задают два манипулятора на обеих сторонах, а именно манипулятор принятого кадра и манипулятор передачи кадра. Манипулятор передачи кадра вызывают всякий раз, когда закончена передача последнего кадра. После этого манипулятор передачи кадра выбирает кадр, который должен быть послан следующим. Манипулятор принятого кадра вызывают всякий раз, когда был принят кадр. Он анализирует содержание кадра и затем обновляет локальные переменные.

Память: Требующаяся память для хранения состояния раздвижного окна в большой степени зависит от производительности, длины пакета и времени полного обхода. Число хранящихся порядковых номеров ориентировочно равно времени полного обхода, поделенного на время одного кадра. Преимущественно размер кадра выбирают так, чтобы задействованная система могла справляться с этой нагрузкой обработки.

Замирание сигнала в канале: Оптический канал через атмосферу имеет замирание сигнала. Это означает, что при временно плохих условиях в канале все данные будет потеряны. Время когерентности этого перерыва является значительным и в зависимости от источника сигнала может составлять от 2 до 50 мс. Автоматический запрос на повторение ARQ предназначен для того, чтобы справиться с такими перерывами.

Частота появления ошибок кадра: Полагают, что за счет использования механизмов коррекции ошибок, результирующая частота появления ошибок кадра будет лучше чем 1-2. Считают, что все ошибки будут обнаружены благодаря мощным механизмам обнаружения ошибок.

Уровень PHY

Уровень PHY имеет следующие функциональные возможности:

Передатчик (Тх):

- генерирует код обнаружение ошибок;

- генерирует заголовок информации;

- кодирует данные, преимущественно с использованием прямого исправления ошибок (FEC).

Приемник (Rx):

- синхронизация (ФАПЧ);

- демодуляция фазоимпульсной модуляции (ФИМ);

- декодирование кода прямого исправления ошибок FEC;

- обнаружение ошибок (например, контроль циклическим избыточным кодом);

- извлечение информации заголовка.

Поток данных в буфере

Как это показано на фиг. 3, спутник 20 на низкой околоземной орбите дополнительно содержит буфер В для временного хранения указанных данных PD полезной нагрузки, пока не станет доступной линия прямой видимости между спутником 20 на низкой околоземной орбите и оптическим земным терминалом 30, что делает данные PD полезной нагрузки доступными для быстрой передачи ЛА - Земля через указанный оптической нисходящий канал связи DL, даже если интерфейс PI полезной нагрузки работает намного медленнее. Операциями, связанными с буфером В, управляет блок ВС управления буфером.

Прежде всего, связной контроллер СОМСО подает команду на адаптер UDIA интерфейса данных пользователя, чтобы вызвать (произвести выборку) специфическую часть данных PD полезной нагрузки в буфер В адаптера UDIA интерфейса данных пользователя.

Во второй операции, связной контроллер СОМСО получает информацию относительно доступных диапазонов памяти в терминах страниц (например, 32 килобайта) буфера В адаптера UDIA интерфейса данных пользователя. Связной контроллер СОМСО подает команду на адаптер UDIA интерфейса данных пользователя, чтобы передать специфическую часть данных из буфера В в связной контроллер СОМСО. После успешной передачи части данных из буфера В, связной контроллер СОМСО подает команду на адаптер UDIA интерфейса данных пользователя, чтобы стереть соответствующую часть данных из буфера В (например, в блоках размеров 8*256 килобайт). В случае обнаружения неуспешной передачи, связной контроллер СОМСО подает запрос на адаптер UDIA интерфейса данных пользователя, чтобы передать специфическую часть данных из буфера В в связной контроллер СОМСО. Чтобы это облегчить, буфер В осуществляет произвольную выборку блоков данных PD полезной нагрузки в буфере В.

Несмотря на то что был описан предпочтительный вариант осуществления изобретения, совершенно ясно, что в него специалистами в данной области могут быть внесены изменения и дополнения, которые не выходят однако за рамки приведенной далее формулы изобретения.

Список позиционных обозначений

оптическая система связи 10
спутник на низкой околоземной орбите 20
спутниковый приемопередатчик STR
подсистема связи CS
адаптер интерфейса данных пользователя UDIA
интерфейс полезной нагрузки PI
буфер В
блок управления буфером ВС
связной контроллер СОМСО
блок управления связью СС
демодулятор DET
кодер ENC
источник данных полезной нагрузки PDS
оптический земной терминал 30
наземный приемопередатчик GTR
наземная подсистема связи GCS
подсистема наведения, обнаружения и сопровождения PAT
оптический нисходящий канал связи DL
второй оптической нисходящий канал связи DL2
восходящий канал связи UC
наземный радиомаяк GB
широкоугольный луч W
луч наведения G

1. Оптическая система (10) связи для передачи данных полезной нагрузки (PD), содержащая:

- спутник (20) на низкой околоземной орбите, содержащий:

- подсистему (CS) связи со спутниковым приемопередатчиком (STR),

- источник (PDS) данных полезной нагрузки, поставляющий данные полезной нагрузки (PD) в подсистему (CS) связи;

- оптический земной терминал (30), содержащий:

- наземный приемопередатчик (GTR);

- подсистему (PAT) наведения, обнаружения и сопровождения,

причем спутник (20) на низкой околоземной орбите связан с оптическим земным терминалом (30) через нисходящий оптический канал связи (DL), а

оптический земной терминал (30) связан со спутником (20) на низкой околоземной орбите через восходящий канал связи (UC);

при этом:

- канал обнаружения и сопровождения радиомаяка обеспечивается с помощью наземного радиомаяка (GB), управляемого при помощи указанной подсистемы (PAT) наведения, обнаружения и сопровождения, причем наземный радиомаяк (GB) имеет широкоугольный луч (W) для обнаружения и луч (G) наведения для сопровождения;

- указанный спутниковый приемопередатчик (STR) выполнен с возможностью настройки на пространственное направление наземного радиомаяка (GB),

отличающаяся тем, что

- указанный канал обнаружения и сопровождения радиомаяка обеспечивается тем же восходящим каналом связи (UC), который соединяет оптический земной терминал (30) со спутником (20) на низкой околоземной орбите;

- указанный наземный радиомаяк (GB) для восходящего канала связи (UC) представляет собой канал фазоимпульсной модуляции (ФИМ); и

- оптическая система (10) связи выполнена с возможностью передачи данных полезной нагрузки (PD) с низкой околоземной орбиты на Землю.

2. Оптическая система (10) связи по п. 1, отличающаяся тем, что спутник (20) на низкой околоземной орбите дополнительно содержит буфер (В) для временного хранения указанных данных полезной нагрузки (PD), пока линия прямой видимости между спутником (20) на низкой околоземной орбите и оптическим земным терминалом (30) не станет доступной, что делает данные полезной нагрузки (PD) доступными для быстрой передачи через указанный оптический нисходящий канал связи (DL).

3. Оптическая система (10) связи по п. 1, отличающаяся тем, что указанный спутниковый приемопередатчик (STR) сконфигурирован так, чтобы производить поиск и захват указанного широкоугольного луча (W), а после захвата сопровождать восходящий канал связи (UC) оптического земного терминала (30) при помощи указанного луча наведения.

4. Оптическая система (10) связи по одному из пп. 1, 2, отличающаяся тем, что подсистема (CS) связи сконфигурирована для преобразования указанных данных полезной нагрузки (PD) в модулированный электрический сигнал, преимущественно в модулированный сигнал амплитудной манипуляции, для передачи в кадрах данных при помощи спутникового приемопередатчика (STR) на наземный приемопередатчик (GTR) через оптический нисходящий канал связи (DL).

5. Оптическая система (10) связи по одному из пп. 1-3, отличающаяся тем, что указанная подсистема (CS) связи содержит:

- адаптер (UDIA) интерфейса данных пользователя, содержащий:

- интерфейс (PI) полезной нагрузки для сопряжения с указанным источником (PDS) данных полезной нагрузки;

- блок (ВС) управления буфером, предназначенный для управления указанным буфером (В); и

- связной контроллер (СОМСО), содержащий:

- блок (СС) управления связью для автоматического запроса на повторение потерянных/ошибочно принятых кадров данных;

- кодер (ENC); и

- демодулятор (DET).

6. Оптическая система (10) связи по одному из пп. 1-3, отличающаяся тем, что спутник (20) на низкой околоземной орбите дополнительно связан с оптическим земным терминалом (30) через второй оптический нисходящий канал связи (DL2) для повышения скорости передачи данных по линии связи и для резервирования.

7. Способ оптической передачи данных (PD) полезной нагрузки со спутника низкой околоземной орбиты (20) на наземный оптический терминал (30), включающий в себя следующие операции:

- буферирование, выборка и группирование данных (PD) полезной нагрузки в кадры при помощи подсистемы (CS) связи спутника (20) на низкой околоземной орбите;

- активирование на оптическом земном терминале (30) восходящего канала связи (UC), связывающего оптический земной терминал (30) со спутником (20) на низкой околоземной орбите;

- обнаружение указанной подсистемой (CS) связи широкоугольного луча (W) с последующим непрерывным сопровождением лучом наведения (G);

- передача указанных кадров данных полезной нагрузки (PD) при помощи подсистемы (CS) связи, когда доступен нисходящий канал связи (DL), связывающий спутник (20) на низкой околоземной орбите с указанным оптическим земным терминалом (30);

- запрос на оптическом земном терминале (30) повторной передачи через канал связи (UC) потерянных/ошибочно принятых кадров данных;

- повторная передача при помощи указанной подсистемы (CS) связи каждого кадра, для которого был получен запрос повторной передачи,

отличающийся тем, что

- указанный канал обнаружения и сопровождения маяка обеспечивается тем же восходящим каналом связи (UC), который связывает оптический земной терминал (30) со спутником низкой околоземной орбиты (20);

- восходящий канал связи (UC) представляет собой канал фазоимпульсной модуляции (ФИМ).

8. Способ оптической передачи данных (PD) полезной нагрузки по п. 7, отличающийся тем, что передачу, запрос повторной передачи и повторную передачу кадров выполняют при помощи механизма избирательного повторения, преимущественно при помощи механизма автоматического запроса на повторение ARQ.

9. Способ оптической передачи данных (PD) полезной нагрузки по п. 8, отличающийся тем, что запрос повторной передачи выполняют при помощи сигналов отрицательного квитирования NACK, причем оптический земной терминал (30) передает сигнал отрицательного квитирования NACK для запроса повторной передачи потерянных/ошибочно принятых кадров данных, преимущественно передает сигналы отрицательного квитирования NACK, идентифицирующие границы диапазона потерянных/ошибочно принятых кадров данных, так что производится запрос повторной передачи всего диапазона кадров, имеющего указанные границы.

10. Способ оптической передачи данных (PD) полезной нагрузки по п. 7 или 8, отличающийся тем, что используют механизм раздвижного окна, в котором раздвижное окно содержит:

- границы текущего окна;

- список принятых кадров;

- список принятых кадров, которые еще не квитированы;

- список кадров, которые еще не приняты,

причем информация раздвижного окна хранится на оптическом земном терминале (30), а повторную передачу кадров производят при помощи подсистемы (CS) связи по запросу.

11. Способ оптической передачи данных (PD) полезной нагрузки по п. 10, отличающийся тем, что:

- запрошенные для повторной передачи кадры данных повторно выбирают из буфера (В); и

- кадры, принятые перед окном, квитируют и затем стирают из буфера (В), чтобы освободить область памяти для новых данных (PD) полезной нагрузки.

12. Способ оптической передачи данных (PD) полезной нагрузки по одному из пп. 7-9, отличающийся тем, что до осуществления передачи подсистема (CS) связи преобразует данные (PD) полезной нагрузки в модулированный электрический сигнал, для передачи в кадрах данных через оптический нисходящий канал (DL), причем преимущественно реализуют схему прямого исправления ошибок в кодере (ENC) и/или в демодуляторе (DET).

13. Способ оптической передачи данных (PD) полезной нагрузки по п. 11, отличающийся тем, что подсистема (CS) связи преобразует указанные данные (PD) полезной нагрузки в модулированный сигнал амплитудной манипуляции, преимущественно с добавкой балансировки постоянным током.

14. Способ оптической передачи данных (PD) полезной нагрузки по одному из пп. 7-9, отличающийся тем, что нисходящий канал (DL) становится доступным, когда создается линия прямой видимости между спутником (20) на низкой околоземной орбите и оптическим земным терминалом (30).

15. Способ оптической передачи данных (PD) полезной нагрузки по одному из пп. 7-9, отличающийся тем, что:

- когда получают информацию о пролете спутника (20) на низкой околоземной орбите, подсистема (PAT) наведения, обнаружения и сопровождения оптического земного терминала (30) переводит оптический земной терминал (30) из режима ожидания; активизирует восходящий канал связи (UC) и производит наведение; производит обнаружение и сопровождение спутника (20) на низкой околоземной орбите, чтобы поддерживать указанный нисходящий канал связи (DL) и указанный восходящий канал связи (UC);

- подсистема (PAT) наведения, обнаружения и сопровождения оптического земного терминала (30) деактивирует восходящий канал связи (UC) после пролета спутника (20) на низкой околоземной орбите, когда уже нет линии прямой видимости между спутником (20) на низкой околоземной орбите и оптическим земным терминалом (30); при этом оптический земной терминал (30) переключается назад в режим ожидания.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области оптической связи и может быть использовано на искусственных спутниках Земли или на самолетах для приема и передачи информации. Автоматизированный аппаратурный комплекс спутниковой открытой оптической связи выполнен в виде двух модулей.

Волновое мультиплексирующее устройство (100) соединено с одной или более системами волоконно-оптических линий и с одной или более системами оптических приемопередатчиков и расположено между волоконно-оптическими линиями и оптическими приемопередатчиками (21-23) для того, чтобы вводить и выводить оптические сигналы.

Изобретение относится к технике связи и может использоваться в системах оптической связи. Технический результат состоит повышении надежности связи.

Изобретение относится к области волоконной оптики и касается способа контроля спектральных параметров волоконной брэгговской решетки (ВБР). Способ включает в себя облучение ВБР излучением перестраиваемого поверхностно-излучающего лазера с вертикальным резонатором (VCSEL), измерение отраженного от ВБР излучения, преобразование измеренного излучения в спектр ВБР.

Изобретение относится к приемникам оптических сигналов и может быть использовано для восстановления кодовой комбинации из зашумленных оптических сигналов. Способ восстановления кодовой комбинации из зашумленных цифровых оптических сигналов, заключающийся в их приеме, преобразовании в электрические сигналы, усилении и фильтрации, отличается тем, что при аналого-цифровом преобразовании формируют и запоминают выборку цифровых отсчетов Yi объемом Н, с помощью арифметического логического устройства вычисляют среднее выборочное значение по формуле: и среднее энергетическое значение по формуле: , которое принимают за нулевую линию, далее определяют и запоминают все точки пересечения цифровых отсчетов выборки с нулевой линией, далее вычисляют средние значения амплитуды выборки положительной +Аср и отрицательной -Аср полярности по формуле: где j - номер интервала от точки пересечения цифровых отсчетов с нулевой линией до следующего пересечения, a Aj - средние значения амплитуды в пределах j-того интервала, которое определяют по формуле: , где h - количество отсчетов в пределах j-того интервала, полученное значение амплитуды Aj в j-том интервале сравнивают со средним значением амплитуды выборки Аср и при условии |Aj|<|Аср| принимают, что переход перед этим интервалом ложный, далее на каждом j-том интервале вычисляют энергию Фj по формуле: , значения полученных энергий соседних интервалов сравнивают, если |Фj-Фj-1|≥4Y2 срh, переход считают истинным, если |Фj-Фj-1|<4Y2 срh, переход считают ложным, в соответствии с правилами кодирования информации арифметическое логическое устройство формирует цифровую последовательность логических нулей и единиц..

Изобретение относится к способам обнаружения активных волокон, направления и длины волны передаваемого сигнала и ввода-вывода оптического излучения через боковую поверхность оптического волокна (ОВ) с помощью изгиба и может быть использовано для ввода (вывода) оптического сигнала в ОВ в системах мониторинга волоконно-оптических линий передачи (ВОЛП) и мультиплексорах ввода-вывода сигналов (OADM).

Автоматизированный корабельный комплекс светосигнальной связи содержит прибор оптической связи направленного действия, прибор оптической связи всенаправленного действия, блок электропитания, автоматизированное рабочее место оператора, общекорабельную систему стабилизации качки корабля, автоматизированную систему управления кораблем.
Изобретение относится к техническим средствам охраны периметров объектов и может быть использовано для сигнализационного блокирования периметров объектов и протяженных рубежей на равнинной и пересеченной местности.

Изобретение относится к техническим средствам охраны периметров объектов и может быть использовано для сигнализационного блокирования периметров объектов и протяженных рубежей на равниной и пересеченной местности.

Изобретение относится к технике связи и может использоваться в системах оптической связи. Технический результат состоит в повышении надежности связи.

Изобретение относится к технике связи и может использоваться для обеспечения информационной безопасности при защите акустической речевой информации (АРИ) от сопутствующей передачи по линиям связи, в том числе оптическим линиям связи (ОЛС). Технический результат состоит в исключении наводимой в ОЛС АРИ с заданным качеством за счет нарушения условия восстановления сигнала, определяемого теоремой Котельникова. При регистрации утечки АРИ в ВП изменяется режим работы источника оптического излучения - лазера, который задает период включения лазера Т, удовлетворяющий условию Т>1/2fн, где fн - нижняя частота акустического речевого сигнала, распространяющегося в ВП, при этом период Т включает в себя время отключения лазера ΔT - скважность и время работы лазера Δt, удовлетворяющее условию Δt<1/2ƒв, где ƒв - верхняя частота акустического речевого сигнала, распространяющегося в ВП, в которое период следования его импульсов τ соответствует штатному режиму. При отсутствии утечки акустической речевой информации в ВП задается штатный режим работы лазера. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к технике связи и может использоваться в системах оптической связи. Технический результат состоит в повышении пропускной способности передачи. Для этого предлагается пассивный волоконно-оптический модуль, содержащий внутри модуля: а) один или более волоконно-оптических функциональных блоков телекоммуникационной сети связи, имеющих возможность оптического подключения, посредством оптического волокна, к центральному узлу сети связи, для приема телекоммуникационных сигналов, предназначенных для одного или более абонентов, по оптическому волокну, от центрального узла сети связи, и характеризующийся тем, что модуль дополнительно содержит, внутри модуля, b) приемопередающее устройство, имеющее возможность формировать первые оптические сигналы, используя электрическую энергию, и имеющее возможность принимать ответные оптические сигналы от центрального узла сети связи, имеющее возможность оптического подключения к оптическому волокну таким образом, что первые оптические сигналы могут быть переданы по оптическому волокну на центральный узел сети связи, и таким образом, что ответные оптические сигналы могут быть переданы по оптическому волокну от центрального узла сети связи на приемопередающее устройство. 9 з.п. ф-лы, 2 ил.
Наверх